(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂で形成された円筒状の内輪部材と、
複数の１巻きのバネを連ねて形成され前記内輪部材の外周面に接触して締まり嵌めされるコイルバネと、
前記コイルバネの１巻き目のバネの一方端を保持する外輪部材と、
前記コイルバネの２巻き目以降のバネの一方端は非固定であり前記コイルバネの各々の１巻きのバネの他方端を固定する連結部とを備え、
前記内輪部材と前記外輪部材との間のトルクが所定値以下のときは前記コイルバネがスリップせずに前記内輪部材と前記外輪部材との間でトルク伝達を行い、前記内輪部材と前記外輪部材との間のトルクが所定値を超えたときは前記コイルバネがスリップして前記内輪部材と前記外輪部材との間のトルク伝達を遮断することを特徴とするトルクリミッタ。
【請求項２】
前記コイルバネは、２方向に金型が引き抜き可能な形状であることを特徴とする請求項１に記載のトルクリミッタ。
【請求項３】
前記請求項１または２に記載のトルクリミッタと、
前記トルクリミッタの前記内輪部材を貫通して設けられ前記内輪部材に連結されたシャフトとを備えたことを特徴とするトルクリミッタユニット。
【請求項４】
前記トルクリミッタの前記外輪部材に回転ローラ部材を取り付けたことを特徴とする請求項３に記載のトルクリミッタユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定値以下のトルクは伝達し、所定値を超えるトルクの伝達は遮断するトルクリミッタ及びトルクリミッタユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、トルクリミッタは、所定値を超える過大なトルクが作用したとき、その過大なトルクの伝達を遮断するものであり、例えば、ＯＡ機器などのプリンタや複写機の紙送り、搬送や排出部分の機構などに広く用いられている。【０００３】
トルクリミッタには、機械的な摩擦によって回転トルクが得られる接触式のものがあり、接触式のトルクリミッタは、一般に、内輪部材、コイルバネ、外輪部材の３部品で構成されている。内輪部材の外周にコイルバネを締まり嵌めして外輪部材に固定し、内輪部材とコイルバネとの機械的な摩擦によって所定値の回転トルクが得られるようにしている。【０００４】
そのような接触式のトルクリミッタとして、外輪部材の内側に内輪部材を回転自在に収納し、内輪部材のまわりにコイルバネを締まり嵌めすると共に、その端部に設けたフックを外輪部材に固定した蓋に係合したものがある（例えば、特許文献１参照）。【０００５】
図７は、従来のトルクリミッタの一例を示す構成図である。トルクリミッタ１１は、内輪部材１２の外周にコイルバネ１３を締まり嵌めして、コイルバネ１１の一方端を外輪部材１４に固定して構成される。コイルバネ１３は、螺旋状に旋回した形状であり、内輪部材１２の外周面に接触して締まり嵌めされ、内輪部材１２の外周面とコイルバネ１３との機械的な摩擦によって所定値の回転トルクが得られるようにしている。また、内輪部材１２にはシャフト連結溝部１２Ａが設けられ、このシャフト連結溝部１２Ａに、図示省略のシャフトに設けられたシャフト連結部が係合してシャフトは内輪部材１２に連結される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２６２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、接触式のトルクリミッタは、内輪部材とコイルバネとの摩擦摺動により回転トルクが得られる構造であり、通常、内輪部材は樹脂で形成され、コイルバネは金属で形成されているので、内輪部材が摩擦摺動により摩耗する。そこで、内輪部材の摩耗を低減するために、内輪部材には炭素繊維を多く含有する高価なPPS（Polyphenylenesulfide）素材を使用している。このことからコスト高となっている。【０００８】
また、コイルバネ１３として金属に代えて樹脂で形成し、内輪部材１２も通常の樹脂で形成したものもあるが、その場合には、所定値の回転トルクが得られない場合がある。特に、トルクリミッタの小型化を図った場合には所定値の回転トルクを得るのが難しくなる。【０００９】
本発明の目的は、コイルバネの小型化を図った場合であっても所定値の回転トルクを得ることができるトルクリミッタ及びトルクリミッタユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明に係るトルクリミッタは、複数の１巻きのバネを連ねて形成され前記内輪部材の外周面に接触して締まり嵌めされるコイルバネと、前記コイルバネの１巻き目のバネの一方端を保持する外輪部材と、前記コイルバネの２巻き目以降のバネの一方端は非固定であり前記コイルバネの各々の１巻きのバネの他方端を固定する連結部とを備え、前記内輪部材と前記外輪部材との間のトルクが所定値以下のときは前記コイルバネがスリップせずに前記内輪部材と前記外輪部材との間でトルク伝達を行い、前記内輪部材と前記外輪部材との間のトルクが所定値を超えたときは前記コイルバネがスリップして前記内輪部材と前記外輪部材との間のトルク伝達を遮断することを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明に係るトルクリミッタは、請求項１の発明において、前記コイルバネは、２方向に金型が引き抜き可能な形状であることを特徴とする。【００１２】
請求項３の発明に係るトルクリミッタユニットは、請求項１または２に記載のトルクリミッタと、前記トルクリミッタの前記内輪部材を貫通して設けられ前記内輪部材に連結されたシャフトとを備えたことを特徴とする。【００１３】
請求項４の発明に係るトルクリミッタユニットは、請求項３の発明において、前記トルクリミッタの前記外輪部材に回転ローラ部材を取り付けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数の１巻きのバネを連ねてコイルバネを形成するので、同じ外径の同じ複数巻きのコイルバネより大きなトルクを出すことが可能となる。従って、コイルバネの小型化を図った場合であっても所定値の回転トルクを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るトルクリミッタの構成図。
【図２】本発明の第２実施形態に係るトルクリミッタの説明図。
【図３】本発明の第３実施形態に係るトルクリミッタユニットの一例の構成図。
【図４】本発明の第３実施形態に係るトルクリミッタユニットの他の一例の構成図。
【図５】本発明の第２実施形態におけるコイルバネ１３を成型機で成型する場合の説明図。
【図６】従来のコイルバネ１３を成型機で成型する場合の説明図。
【図７】従来のトルクリミッタの一例を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るトルクリミッタの構成図である。本発明の第１実施形態に係るトルクリミッタは、図７に示した従来例に対し、コイルバネ１３は、複数の１巻きのバネ１３ａ〜１３ｄを連ねて形成したものである。図１では４個の１巻きのバネ１３ａ〜１３ｄを設けた場合を示している。図７と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００１７】
１巻き目のバネ１３ａは内輪部材１２の外周面に接触して締まり嵌めされ、一方端は外輪部材１４に固定され、他方端は連結部１５に固定されている。２巻き目のバネ１３ｂは内輪部材１２の外周面に接触して締まり嵌めされ、一方端は非固定であり、他方端は連結部１５に固定されている。同様に、３巻き目のバネ１３ｃ及び４巻き目のバネ１３ｄについても、内輪部材１２の外周面に接触して締まり嵌めされ、一方端は非固定であり、他方端は連結部１５に固定されている。このように、本発明の第１実施形態では、４個の１巻きのバネ１３ａ〜１３ｄでコイルバネ１３を形成する。
【００１８】
ここで、コイルバネ１３のスリットトルクＴｓは、下記の（１）式で示される。μは摩擦係数、Ｎは内輪部材１２に巻き付いているバネの有効巻き数である。また、Ｋは下記の（２）式で示される。
【００１９】
Ｔｓ＝Ｋ｛１−（１／ε２πμＮ）｝  …（１）
Ｋ＝ＥＩδ／Ｒ２  …（２）
Ｅは縦弾性係数、Ｉは断面２次モーメント、δは締めしろ（半径分）、Ｒは内輪部材１２の半径である。いま、Ｋ＝１、μ＝０．１１とすると、バネが１巻き（Ｎ＝１）のときはＴｓ（Ｎ＝１）＝０．４９９、バネが２巻き（Ｎ＝２）のときはＴｓ（Ｎ＝２）＝０．７４５、バネが３巻き（Ｎ＝３）のときはＴｓ（Ｎ＝３）＝０．８７５となる。
【００２０】
一方、バネが１巻き（Ｎ＝１）のバネを３個用いたときのコイルバネ１３のスリットトルクＴｓ（３個）は、Ｔｓ（３個）＝０．４９９×３＝１．４９７である。一方、３巻きの一つのコイルバネ１３のスリットトルクＴｓ（Ｎ＝３）は、前述のようにＴｓ（Ｎ＝３）＝０．８７５である。よって、Ｔｓ（３個）とＴｓ（Ｎ＝３）との比は下記の（３）式で示される。
【００２１】
Ｔｓ（３個）／Ｔｓ（Ｎ＝３）≒１．７１  …（３）
バネが１巻き（Ｎ＝１）のバネを３個用いたときのコイルバネ１３のスリットトルクＴｓ（３個）は、３巻きの一つのコイルバネ１３のスリットトルクＴｓ（Ｎ＝３）の約１．７倍のトルクを得ることができる。このように、１巻きのバネを複数設けることにより、同じ大きさの外径のバネで従来よりも大きなトルクを出すことが可能となる。
【００２２】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図２は本発明の第２実施形態に係るトルクリミッタの説明図であり、図２（ａ）は構成図、図２（ｂ）は斜視図である。本発明の第２実施形態に係るトルクリミッタは、そのコイルバネ１３の形状を２方向に金型が引き抜き可能な形状としたものである。
【００２３】
コイルバネ１３を樹脂で形成する場合には、金型に樹脂を注入して成型することになる。コイルバネ１３は螺旋状に旋回したスパイラル部を有するので、このようなバネ形状では、３方向以上に引き抜き可能な金型をスライドさせて成型しなければならない。そのため、大型の成型機でないと成型することができないので、金型費用や製品単価が高くなる。
【００２４】
図６は従来のコイルバネ１３を成型機で成型する場合の説明図であり、図６（ａ）は従来のコイルバネ１３の構成図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＺ−Ｚ線での断面図である。図６では外輪１４とコイルバネ１３とを一体形成する場合を示している。
【００２５】
図６（ａ）に示すように、Ｚ−Ｚ線での断面で矢印Ａ１方向と矢印Ａ２方向との２方向に金型をスライドさせようとすると、図６（ｂ）に示すように、コイルバネ１３は螺旋状に旋回した形状であるので、金型の引き抜き側から見て奥が広く手前が狭くなる。従って、コイルバネ１３の外周部１６の側壁部１７が金型に引っ掛かり金型を取り外すことができない。そこで、本発明の第２実施形態では、コイルバネ１３の形状を、２方向に金型を引き抜き可能な形状に形成する。
【００２６】
図５は本発明の第２実施形態におけるコイルバネ１３を成型機で成型する場合の説明図であり、図５（ａ）は本発明の第２実施形態におけるコイルバネ１３の斜視図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＺ−Ｚ線での断面図である。図５では外輪１４とコイルバネ１３とを一体形成する場合を示している。
【００２７】
図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、本発明の第２実施形態のコイルバネ１３は、直線部とスパイラル部（斜め部）とを有し、図５（ａ）に示すように、コイルバネ１３の直線部の直交する方向のＺ−Ｚ線での断面を取り、その断面で、コイルバネ１３は、金型の引き抜き側から見て手前が広くて奥が狭くなるように形成される。従って、矢印Ａ１方向と矢印Ａ２方向との２方向に金型をスライドさせても、コイルバネ１３の外周部１６の側壁部１７が金型に引っ掛かることはなくなる。
【００２８】
このように、本発明の第２実施形態のコイルバネ１３は、直線部とスパイラル部（斜め部）とを有し、コイルバネ１３の外周部１６の断面形状は台形状にする。そして、コイルバネ１３の直線部の直交する部分の断面で、コイルバネ１３は、金型の引き抜き側から見て手前が広くて奥が狭くなるように形成されるので、コイルバネ１３の外周部１６の側壁部１７が金型に引っ掛かることはなくなる。従って、コイルバネ１３の金型サイズを小さくでき、小型の成型機での成型が可能になり、金型費用及び製品単価を抑制できる。
【００２９】
図２（ａ）、図２（ｂ）において、各々のバネ１３ａ〜１３ｄは直線部とスパイラル部（斜め部）とを有する。そして、これらのバネ１３ａ〜１３ｄの配置は、図１に示した第１実施形態と同様に、１巻き目のバネ１３ａは内輪部材１２の外周面に接触して締まり嵌めされ、一方端は外輪部材１４に固定され、他方端は連結部１５に固定されている。以下、２巻き目のバネ１３ｂ、３巻き目のバネ１３ｃ及び４巻き目のバネ１３ｄについても、内輪部材１２の外周面に接触して締まり嵌めされ、一方端は非固定であり、他方端は連結部１５に固定されている。
このように、本発明の第２実施形態では、４個の１巻きのバネ１３ａ〜１３ｄでコイルバネ１３を形成する。また、コイルバネ１３は、直線部とスパイラル部（斜め部）とを有し、コイルバネ１３の外周部１６の断面形状は台形状にし、コイルバネ１３の直線部の直交する部分の断面で、コイルバネ１３は、金型の引き抜き側から見て手前が広くて奥が狭くなるように形成される。これにより、２方向に金型が引き抜き可能となる。
【００３０】
図３は本発明の第３実施形態に係るトルクリミッタユニットの一例の構成図である。この一例のトルクリミッタユニットは、図１に示したトルクリミッタ１１にシャフト１８を装着したものである。樹脂で円筒状に形成された内輪部材１２にシャフト１８を貫通して、トルクリミッタユニットを形成している。シャフト１８は、シャフト１８に設けられたシャフト連結部１９が内輪部材１２の内面に設けられたシャフト連結溝部１２Ａに係合して、シャフト１８は内輪部材１２に連結される。
【００３１】
図３では、図１に示した第１実施形態のトルクリミッタ１１にシャフト１８を装着したトルクリミッタユニットを示したが、図２に示した第２実施形態に示したトルクリミッタ１１にシャフト１８を装着し、トルクリミッタユニットを形成するようにしてもよい。
【００３２】
図４は本発明の第３実施形態に係るトルクリミッタユニットの他の一例の構成図である。この他の一例のトルクリミッタユニットは、図３に示したトルクリミッタユニットに対し、トルクリミッタ１１の外輪部材１４に回転ローラ部材２０を追加して取り付けたものである。図３と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００３３】
このトルクリミッタユニットのトルクリミッタ１１に回転ローラ部材２０が取り付けられている。回転ローラ部材２０のローラ部２１は、例えば、複写機の用紙ストックからカット紙を連続して送り出すゴムローラである。
【００３４】
図４では、図１に示した第１実施形態のトルクリミッタ１１にシャフト１８を装着したトルクリミッタユニットを示したが、図２に示した第２実施形態のトルクリミッタ１１にシャフト１８を装着してもよい。
【００３５】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３６】
１１…トルクリミッタ、１２…内輪部材、１２Ａ…シャフト連結溝部、１３…コイルバネ、１４…外輪部材、１５…連結部、１６…外周部、１７…側壁部、１８…シャフト、１９…シャフト連結部、２０…回転ローラ部材、２１…ローラ部
【要約】
【課題】コイルバネの小型化を図った場合であっても所定値の回転トルクを得ることができるトルクリミッタを提供することである。
【解決手段】コイルバネ１３は複数の１巻きのバネを連ねて形成され、樹脂で形成された円筒状の内輪部材１２の外周面に接触して締まり嵌めされ、コイルバネ１３の一方端は外輪部材１４で保持され、内輪部材１２と外輪部材１４との間のトルクが所定値以下のときはコイルバネ１３がスリップせずに内輪部材１２と外輪部材１４との間でトルク伝達を行い、内輪部材１２と外輪部材１４との間のトルクが所定値を超えたときはコイルバネ１３がスリップして内輪部材１２と外輪部材１４との間のトルク伝達を遮断する。
【選択図】  図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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